CN112821405A - 一种分布式能源最优化运行系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式能源最优化运行系统及测试方法，该系统包括：电力电子变压器、风力发电机、光热发电装置、光伏发电装置、高压开关、功率测量模块和控制模块；风力发电机与电力电子变压器的低压交流侧经第一开关电连接；光热发电装置与电力电子变压器的低压交流侧经第二开关电连接；光伏发电装置与电力电子变压器的低压直流侧经第三开关电连接；高压开关连接于电力电子变压器的高压交流侧与电网高压母线之间；功率测量模块连接电力电子变压器；控制模块用于判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的工作状态。本发明达到了可再生能源利用率最大化，能源更加清洁的效果。

Description

一种分布式能源最优化运行系统及测试方法

技术领域

本发明实施例涉及输变电技术，尤其涉及一种分布式能源最优化运行系统及测试方法。

背景技术

当前发展分布式可再生能源已成为推进能源转型的重要途径，风电、光伏等分布式能源已成为未来能源系统的发展趋势。

目前分布式可再生能源系统还是以火力发电为主，风电、光伏和水利等新能源机组并网运行仅做辅助作用，这样的设计方案中可再生能源无法起到最大化的利用，间接造成可再生能源的浪费。

发明内容

本发明提供一种分布式能源最优化运行系统及测试方法，以实现系统中可再生能源利用率最大化，能源更加清洁的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种分布式能源最优化运行系统，该系统包括：电力电子变压器、风力发电机、光热发电装置、光伏发电装置、高压开关、功率测量模块和控制模块；所述电力电子变压器包括低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧；所述风力发电机与所述电力电子变压器的低压交流侧经第一开关电连接；所述光热发电装置与所述电力电子变压器的低压交流侧经第二开关电连接；所述光伏发电装置与所述电力电子变压器的低压直流侧经第三开关电连接；所述高压开关连接于所述电力电子变压器的高压交流侧与电网高压母线之间；所述功率测量模块连接所述电力电子变压器，用于监测电力电子变压器低压直流侧和低压交流侧输出总功率和输入总功率；所述控制模块分别连接所述功率测量模块和所述高压开关，用于判断所述功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制所述高压开关的工作状态。

可选地，所述控制模块用于判断所述功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足P1/P2≤2/3，若是，则控制所述高压开关断开，否则控制所述高压开关导通。

可选地，所述分布式能源最优化运行系统还包括电源质量检测模块，所述电源质量检测模块连接所述电力电子变压器，用于检测输入电源的质量数据，其中，所述质量数据包括低压交流侧的输入端口输入电信号的总谐波畸变率、低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数。

可选地，所述控制模块分别连接所述电源质量检测模块、所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，用于判断所述低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，并根据判断结果控制所述第一开关和第二开关的工作状态；还用于判断所述低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，并根据判断结果控制所述第三开关的工作状态。

可选地，所述控制模块用于判断所述低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于3％，若是则控制所述第一开关和第二开关导通，否则控制所述第一开关和第二开关断开；所述控制模块还用于判断所述低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于3％和5％，若是则控制所述第三开关导通，否则控制所述第三开关断开。

可选地，所述低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧均具备双向流动功能，所述低压直流侧的输出端口和低压交流侧的输出端口分别连接负载。

第二方面，本发明实施例还提供了一种分布式能源最优化运行测试方法，采用上述任一种分布式能源最优化运行系统来实现，该方法包括：

判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的状态。

可选地，判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的状态，包括：判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足P1/P2≤2/3，若是则控制所述高压开关断开，否则控制所述高压开关导通。

可选地，判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件之前，还包括：

判断所述低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，若是则控制第一开关和第二开关断开，否则控制所述第一开关和第二开关闭合；

判断所述低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，若是则控制第三开关闭合，否则控制所述第三开关断开。

可选地，所述判断和控制操作均由控制模块执行。

本发明的分布式能源最优化运行系统中的电力电子变压器连接多个分布式电源，并为负载供电，在供电的过程中功率测量模块实时监控电力电子变压器的输入和输出总功率并传输至控制模块，控制模块根据实时监控数据控制高压开关的导通和关断状态，实现了对分布式电源的最优化利用，达到了可再生能源利用率最大化，能源更加清洁的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种分布式能源最优化运行系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种分布式能源最优化运行系统的结构示意图；

图3为本发明实施里提供的一种分布式能源最优化运行测试方法的流程图；

图4为本发明实施里提供的另一种分布式能源最优化运行测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种分布式能源最优化运行系统。图1为本发明实施例提供的一种分布式能源最优化运行系统的结构示意图，参见图1，该分布式能源最优化运行系统100包括：电力电子变压器101、风力发电机102、光热发电装置103、光伏发电装置104、高压开关S0、功率测量模块105和控制模块106，电力电子变压器101包括低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧；风力发电机102与电力电子变压器101的低压交流侧经第一开关S1电连接；光热发电装置103与电力电子变压器101的低压交流侧经第二开关S2电连接；光伏发电装置104与电力电子变压器101的低压直流侧经第三开关S3电连接；高压开关S0连接于电力电子变压器101的高压交流侧与电网高压母线之间。功率测量模块105连接电力电子变压器101，用于监测电力电子变压器101低压直流侧和低压交流侧输出总功率和输入总功率。控制模块106分别连接功率测量模块105和高压开关S0，用于判断功率测量模块105采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关S0的工作状态。

其中，电力电子变压器101是连接负载和电源的变压设备，具有变压、整流和逆变功能。电力电子变压器101的低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧均具备双向流动功能；风力发电机102和光热发电装置103分别经第一开关S1和第二开关S2与电力电子变压器101的低压交流侧连接，为电力电子变压器101提供低压交流电源；光伏发电装置104经第三开关S3与电力电子变压器101的低压直流侧，为电力电子变压器101提供低压直流电源。电网高压母线经高压开关S0与电力电子变压器101的高压交流侧连接，为电力电子变压器101提供市电高压交流电源。功率测量模块105是实时监测电力电子变压器101的输入功率和输出功率的设备。控制模块106是根据功率测量模块105的测量结果控制高压开关S0的工作状态的控制装置。输出总功率P1是指低压交流侧和低压直流侧的输出端所连负载所消耗的总功率，输入总功率P2是指低压交流侧和低压直流侧的输出端所连分布式电源输入电力电子变压器101的总功率。

示例性地，在分布式能源最优化运行系统100正常工作的状态下，风力发电机102和光热发电装置103发出电能并输入至电力电子变压器101低压交流侧的输入端，光伏发电装置104发出电能并输入至电力电子变压器101低压直流侧的输入端，用电负载分别连接电力电子变压器101低压交流侧和低压直流侧的输出端，消耗低压交流侧和低压直流侧的输出端输出的电能；在整个过程中，功率测量模块105实时监测电力电子变压器101的输入功率和输出功率，并将监测结果发送至控制模块106，控制模块106经分析若确定输出总功率P1和输入总功率P2的比值满足预设条件，即分布式电源输入电力电子变压器101的总功率可以满足负载的正常使用，则控制模块106控制高压开关S0断开，此时仅由分布式电源为电力电子所连的负载供电。控制模块106经分析若确定输出总功率P1和输入总功率P2的比值不满足预设条件，即分布式电源输入电力电子变压器101的总功率不能满足负载的正常使用，则控制模块106控制高压开关S0闭合，此时由电网供电辅助分布式电源供电，供电比例由电力电子变压器101控制。

本发明实施里提供了一种分布式能源最优化运行系统，电力电子变压器连接多个分布式电源，并为负载供电，在供电的过程中功率测量模块实时监控电力电子变压器的输入和输出总功率并传输至控制模块，控制模块根据实时监控数据控制高压开关的导通和关断状态，实现了对分布式电源的最优化利用，达到了可再生能源利用率最大化，能源更加清洁的效果。

继续参照图1，可选地，控制模块106用于判断功率测量模块105采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足P1/P2≤2/3，若是，则控制高压开关S0断开，否则控制高压开关S0导通。

其中，输出总功率P1和输入总功率P2的比值满足P1/P2≤2/3表示分布式电源输入电力电子变压器101的总功率可以满足负载的正常使用，控制高压开关S0断开使得分布式电源单独为负载供电。输出总功率P1和输入总功率P2的比值不满足P1/P2≤2/3表示分布式电源输入电力电子变压器101的总功率不能满足负载的正常使用，需要控制高压开关S0导通使得电网电源辅助分布式电源为负载供电，利用控制模块106的分析功能对供电方式进行选择，在负载功率与分布式电源输出的功率相当时采用分布式电源为负载单独供电，在负载功率较大时采用电网电源辅助分布式电源供电，实现了分布式电源的最优化运行，达到了分布式电源的利用率最大化的效果。

图2为本发明实施例提供的另一种分布式能源最优化运行系统的结构示意图，参照图2，可选地，该分布式能源最优化运行系统100还包括：电源质量检测模块107，电源质量检测模块107连接电力电子变压器101，用于检测输入电源的质量数据，其中，质量数据包括低压交流侧的输入端口输入电信号的总谐波畸变率、低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数。控制模块106分别连接电源质量检测模块107、第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，用于判断低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，并根据判断结果控制第一开关S1和第二开关S2的工作状态，其中，第一预设值为低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率的质量判断标准值。总谐波畸变率小于第一预设值，表明低压交流侧的输入端口输入的电压质量高，符合用电要求。控制模块106还用于判断低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，并根据判断结果控制第三开关S3的工作状态，其中第二预设值和第三预设值分别为输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数的质量判断标准值。输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数分别小于第二预设值和第三预设值，表明低压直流侧的输入端口输入的电信号质量高，符合用电要求。

其中，电源质量检测模块107是检测电力电子变压器101的输入端电信号质量的设备，可以检测分布式电源产生的电信号的谐波畸变率和纹波系数；低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧均具备双向流动功能，低压直流侧的输出端口和低压交流侧的输出端口分别连接负载。

示例性地，在分布式能源最优化运行系统正常工作的状态下，风力发电机102和光热发电装置103发出电能并输入至电力电子变压器101低压交流侧的输入端，光伏发电装置104发出电能并输入至电力电子变压器101低压直流侧的输入端，用电负载分别连接电力电子变压器101低压交流侧和低压直流侧的输出端，消耗低压交流侧和低压直流侧的输出端输出的电能；在整个过程中，电源质量检测模块107实时监测低压交流端口侧的输入端输入电压的总谐波畸变率，还实时监测低压直流侧的输入端的输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数，并将监测结果发送至控制模块106。首先，控制模块106判断低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，若是则表明风力发电机102和光热发电装置103发出的电信号的质量合格，控制模块106控制第一开关S1和第二开关S2均导通，否则表明风力发电机102和光热发电装置103发出的电信号的质量不合格，控制模块106控制第一开关S1和第二开关S2均断开；其次，控制模块106判断判断低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，若是则表明光伏发电装置104发出的电信号的质量合格，控制模块106控制第三开关S3均导通，否则表明光伏发电装置104发出的电信号的质量不合格，控制模块106控制第三开关S3断开。最后，功率测量模块105实时监测电力电子变压器101的输入功率和输出功率，并将监测结果发送至控制模块106，控制模块106经分析若发现输出总功率P1和输入总功率P2的比值满足预设条件，即分布式电源输入电力电子变压器101的总功率可以满足负载的正常使用，则控制模块106控制高压开关断开，此时仅由分布式电源为电力电子所连的负载供电。控制模块106经分析若发现输出总功率P1和输入总功率P2的比值不满足预设条件，即分布式电源输入电力电子变压器101的总功率不能满足负载的正常使用，则控制模块106控制高压开关闭合，此时由电网供电辅助分布式电源供电，供电比例由电力电子变压器101控制。

本实施例提供的分布式能源最优化运行系统，利用电源质量检测模块对电力电子变压器的分布式电源的电源质量进行监测，若输入的电信号质量不符合要求则切断该电源与电力电子变压器的连接，由更稳定的电源供电，实现了根据电源质量对分布式能源进行选择，达到了系统更加稳定，用电更加安全的效果。

继续参照图2，可选地，控制模块106用于判断低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于3％，若是则控制第一开关S1和第二开关S2导通，否则控制第一开关S1和第二开关S2断开；控制模块106还用于判断低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于3％和5％，若是则控制第三开关S3导通，否则控制第三开关S3断开，实现了根据电源质量对分布式能源进行选择，达到了系统更加稳定，用电更加安全的效果。

本发明实施例还提供了一种分布式能源最优化运行测试方法，可以采用本发明前述实施例中的任一分布式能源最优化运行系统来执行。该方法包括：

判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的状态。

具体地，控制模块判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，即判断分布式电源输入电力电子变压器的总功率是否可以满足负载的正常使用，若是则控制高压开关断开，仅由分布式电源给电力电子变压器供电，否则控制高压开关闭合，由电网电源辅助分布式电源为电力电子变压器供电。

本实施例提供的分布式能源最优化运行测试方法，判断电力电子变压器的输入总功率和输出总功率的相对关系，并根据结果控制高压开关的状态，实现了分布式电源供电方式的切换，达到了可再生能源利用率最大化，能源更加清洁的效果。

图3为本发明实施里提供的一种分布式能源最优化运行测试方法的流程图，参照图3，可选地，该方法包括：

300、判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足P1/P2≤2/3；

其中，输出总功率P1和输入总功率P2的比值满足P1/P2≤2/3表明分布式电源输入电力电子变压器的总功率可以满足负载的正常使用；输出总功率P1和输入总功率P2的比值不满足P1/P2≤2/3表明分布式电源输入电力电子变压器的总功率不足以满足负载的正常使用，需要其他电源辅助供电。

301、若是则控制高压开关断开，否则控制高压开关导通。

本实施例提供的分布式能源最优化运行测试方法，判断电力电子变压器的输入总功率和输出总功率的比值是否满足预设条件，并根据结果控制高压开关的状态，实现了分布式电源供电方式的切换，达到了可再生能源利用率最大化，能源更加清洁的效果。

图4为本发明实施里提供的另一种分布式能源最优化运行测试方法的流程图，参照图4，可选地，该方法包括：

401、判断低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，若是则控制第一开关和第二开关断开，否则控制第一开关和第二开关闭合；

具体地，电源质量检测模块实时监测低压交流端口侧的输入端输入电压的总谐波畸变率，还实时监测低压直流侧的输入端的输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数，并将监测结果发送至控制模块。控制模块判断低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，若是则表明风力发电机和光热发电装置发出的电信号的质量合格，可以为电力电子变压器供电，则控制第一开关和第二开关断开，否则表明风力发电机和光热发电装置发出的电信号的质量不合格，控制第一开关和第二开关闭合。其中，判断和控制操作均由控制模块执行。

402、判断低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，若是则控制第三开关闭合，否则控制第三开关断开；

具体地，控制模块判断判断低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，若是则表明光伏发电装置发出的电信号的质量合格，控制模块控制第三开关均导通，否则表明光伏发电装置发出的电信号的质量不合格，控制模块控制第三开关断开。其中，判断和控制操作均由控制模块执行。

403、判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的状态。

具体地，控制模块判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，即判断分布式电源输入电力电子变压器的总功率是否可以满足负载的正常使用，若是则控制高压开关断开，仅由分布式电源给电力电子变压器供电，否则控制高压开关闭合，由电网电源辅助分布式电源为电力电子变压器供电。

本实施例提供的分布式能源最优化运行测试系统和方法，利用电源质量检测模块对电力电子变压器的分布式电源的电源质量进行监测，若输入的电信号质量不符合要求则切断该电源与电力电子变压器的连接，由更稳定的电源供电，实现了根据电源质量对分布式能源进行选择，达到了系统更加稳定，用电更加安全的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种分布式能源最优化运行系统，其特征在于，包括：

电力电子变压器，所述电力电子变压器包括低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧；

风力发电机，所述风力发电机与所述电力电子变压器的低压交流侧经第一开关电连接；

光热发电装置，所述光热发电装置与所述电力电子变压器的低压交流侧经第二开关电连接；

光伏发电装置，所述光伏发电装置与所述电力电子变压器的低压直流侧经第三开关电连接；

高压开关，所述高压开关连接于所述电力电子变压器的高压交流侧与电网高压母线之间；

功率测量模块，所述功率测量模块连接所述电力电子变压器，用于监测电力电子变压器低压直流侧和低压交流侧输出总功率和输入总功率；

控制模块，所述控制模块分别连接所述功率测量模块和所述高压开关，用于判断所述功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制所述高压开关的工作状态。

2.根据权利要求1所述分布式能源最优化运行系统，其特征在于，所述控制模块用于判断所述功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足P1/P2≤2/3，若是，则控制所述高压开关断开，否则控制所述高压开关导通。

3.根据权利要求1所述分布式能源最优化运行系统，其特征在于，还包括：电源质量检测模块，所述电源质量检测模块连接所述电力电子变压器，用于检测输入电源的质量数据，其中，所述质量数据包括低压交流侧的输入端口输入电信号的总谐波畸变率、低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数。

4.根据权利要求3所述分布式能源最优化运行系统，其特征在于，所述控制模块分别连接所述电源质量检测模块、所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，用于判断所述低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，并根据判断结果控制所述第一开关和第二开关的工作状态；还用于判断所述低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，并根据判断结果控制所述第三开关的工作状态。

5.根据权利要求4所述分布式能源最优化运行系统，其特征在于，所述控制模块用于判断所述低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于3％，若是则控制所述第一开关和第二开关导通，否则控制所述第一开关和第二开关断开；所述控制模块还用于判断所述低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于3％和5％，若是则控制所述第三开关导通，否则控制所述第三开关断开。

6.根据权利要求4所述分布式能源最优化运行系统，其特征在于，所述低压直流侧、低压交流侧、高压直流侧和高压交流侧均具备双向流动功能，所述低压直流侧的输出端口和低压交流侧的输出端口分别连接负载。

7.一种分布式能源最优化运行测试方法，其特征在于，采用权利要求1-6所述的任一种分布式能源最优化运行系统来实现，包括：

判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的状态。

8.根据权利要求7所述分布式能源最优化运行测试方法，其特征在于，判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件，并根据判断结果控制高压开关的状态，包括：

判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足P1/P2≤2/3，若是则控制所述高压开关断开，否则控制所述高压开关导通。

9.根据权利要求7所述分布式能源最优化运行测试方法，其特征在于，判断功率测量模块采集到的输出总功率P1和输入总功率P2的比值是否满足预设条件之前，还包括：

判断所述低压交流侧的输入端口输入电压的总谐波畸变率是否小于第一预设值，若是则控制第一开关和第二开关断开，否则控制所述第一开关和第二开关闭合；

判断所述低压直流侧的输入端口输入电信号的电压纹波系数和电流纹波系数是否分别小于第二预设值和第三预设值，若是则控制第三开关闭合，否则控制所述第三开关断开。

10.根据权利要求9所述分布式能源最优化运行测试方法，其特征在于，所述判断和控制操作均由控制模块执行。

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